Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ подсистем сапр объектов трубопроводного транспора нефти и газа и систем управления проектным процессом 8
1.1 Проблемы развития систем автоматизированного проектирования объектов трубопроводного транспорта нефти и газа 8
1.2 Информационные технологии САПР систем магистрального газопроводного транспорта 13
1.3 Базовые информационные системы поддержки процесса проектирования объектов трубопроводного транспорта нефти и газа 22
1.4 Анализ проектных процессов САПР МГ и систем управления проектами 27
ГЛАВА 2. Исследование методов и моделей принятия решений при проектировании объектов трубопроводного транспорта нефти и газа 36
2.1. Структура методического обеспечения САПР объектов трубопроводного транспорта нефти и газа 36
2.2. Разработка структурной единицы проектирования трубопроводных объектов транспорта нефти и газа 43
2.3. Представление проектного процесса по жизненному циклу объектов транспорта газа 52
2.4. Построение маршрутов проектирования газопровода по этапам их жизненного цикла 54
ГЛАВА 3. Модель системы управления проектированием объектов трубопроводного транспорта нефти и газа 67
3.1 Анализ моделей систем управления проектированием объектов трубопроводного транспорта нефти и газа 67
3.2 Структура системы управления проектированием объектов трубопроводного транспорта нефти и газа 72
3.3 Модель управления проектированием газотранспортных объектов как компонента DesPM структуры САПР МГ 77
3.4 Управление проектированием газонефтетранспортных объектов при мультипроектной деятельности 87
ГЛАВА 4. Методика управления проектированием магистрального газопровода 96
4.1 Функционально-ориентированный подход к управлению проектированием магистрального газопровода 96
4.2 Маршрут проектирования линейной части магистрального газопровода 98
4.3 Процессы управления при проектировании магистрального газопровода 104
4.4 Модель интеграции системы управления проектированием и автоматизированных комплексов управления предприятием 115
Основные выводы 121
Список литературы
- Информационные технологии САПР систем магистрального газопроводного транспорта
- Разработка структурной единицы проектирования трубопроводных объектов транспорта нефти и газа
- Структура системы управления проектированием объектов трубопроводного транспорта нефти и газа
- Маршрут проектирования линейной части магистрального газопровода
Введение к работе
Трубопроводный транспорт нефти и газа является одной из ведущих отраслей топливно-энергетического комплекса, в значительной степени определяющего развитие экономики России. Строительство новых и реконструкция существующих газонефтепроводов, их параметры и характеристики связаны с принятием обоснованных проектных, организационных и управленческих решений, что определяет особую важность этапа проектирования и, соответственно, применяемых систем автоматизированного проектирования (САПР).
В практике реализации проектов сложилась ситуация, при которой многие задачи решаются независимо, отсутствует информационное и системное единство задач проектирования с задачами последующих этапов строительства и эксплуатации, что негативным образом влияет на потребительские свойства проекта, в первую очередь интересующие Заказчика.
В связи с этим, одной из важных научно-технических проблем является формирование системы управления проектированием, предусматривающей организацию, планирование и контроль проектных процессов. Решение этой проблемы возможно на основе совместного применения методов САПР, информационных технологий и методологии управления проектами (УП).
В такой постановке разработка эффективных методов и средств решения задач автоматизированного проектирования и управления, особенно значимых при освоении морских нефтегазовых месторождений, проектировании морских трубопроводных систем и подводных внутрипромысловых трубопроводов, представляет одну из актуальных проблем нефтегазовой науки.
В области разработки и развития САПР общеизвестны зарубежные исследования следующих авторов: Джонса А., Дитриха П., Энкарначчо Ж., Шлехтен-даля Э, Энгельке У.Д. и отечественных ученых Норенкова И.П., Жука К.Д., Тимченко А.А., Маничева В.Б., Гусакова А.А., Безкоровайного В.П., Капустина Н.М., Падалко С.Н. Вопросам проектирования газотранспортных систем посвящены
5 системные исследования Бородавкина П.П., Березина В.Л., Васильева Г.Г., Шадрина О.Б., Телегина Л.Г., Сухарева М.Г., Лаптева А.А. Проблемам анализа и совершенствования процессов и методов планирования и управления в практике проектирования и строительства комплексных технических объектов уделено внимание в трудах следующих ученых: Коллинза Г., Блэя Дж., Воропаева В.И., Буркова В.Н., Зимина Ю.К., Ирикова В.А., Поспелова Г.С, Горяинова Ю.А. и других авторов.
Целью диссертационного исследования является разработка модели управления процессами проектной деятельности организаций на основе интеграции видов обеспечений систем автоматизированного проектирования магистральных газопроводов (САПР МГ) и методов управления проектами, позволяющей систематизировать проектные процессы и принимать обоснованные управленческие решения при реализации жизненного цикла объектов транспорта нефти и газа.
Поставленная цель достигается путем решения следующих задач:
Системное и методическое согласование задач «внешнего» проектирования по этапам жизненного цикла газонефтепроводов с задачами «внутреннего» проектирования при получении и представлении проектного решения.
Разработка и применение структурной единицы проектирования объектов транспорта нефти и газа как системной компоненты методического обеспечения и элемента интеграции с организационным обеспечением САПРМГ.
Построение маршрутов проектных процессов, обеспечивающих реализацию задач системного проектирования газонефтепроводов по этапам их жизненного цикла.
Разработка модели управления проектированием газонефтепроводов как компоненты DesPM (Design Process Management - управления проектированием) в структуре САПР МГ.
Научная новизна заключается в следующем:
Разработаны новые методы интеграции и взаимодействия систем управления процессами объектно-ориентированной САПР и получены модели развития архитектуры этих систем для специфики нефтегазовой промышленности.
В работе предложены модифицированные структуры методического и организационного обеспечений САПР МГ, показана их взаимосвязь и разработана модель управления процессом проектирования газонефтепроводов.
Представлены маршруты проектирования и установлена взаимосвязь методического, организационного и информационного обеспечений САПР МГ при реализации задач автоматизированного проектирования процессов строительства и эксплуатации газонефтепроводов.
К основным защищаемым положениям относятся:
Структурная единица проектирования объектов транспорта нефти и газа и, как следствие, маршрут проектирования линейной части магистрального газопровода;
Двухуровневая структура методического обеспечения САПР МГ как результат интеграции процессов системного проектирования и управления;
Модель системы управления проектированием в составе компоненты DesPM организационного обеспечения САПР МГ;
Методика управления проектным процессом на примере проекта магистрального газопровода.
Практическая ценность работы заключается в том, что на основе выполненных исследований предложена модель интеграции подсистем методического и организационного обеспечений САПР МГ. Результаты исследований реализованы в системном комплексе «объект - субъект - процесс проектирования - управление процессом», предназначенном для решения различных задач управления проектом и технологии проектирования объектов транспорта нефти и газа по этапам их жизненного цикла.
Материалы исследований используются в учебном процессе кафедры автоматизации проектирования сооружений нефтяной и газовой промышленности для обучения по специальности «Морские нефтегазовые сооружения» в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина и на факультете повышения квалификации.
Основные результаты исследований автора внедрены и практически использованы в период с 2002 по 2005 г. при подготовке научно-исследовательских отчетов по договорам РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина по темам:
Информационные технологии систем автоматизации и управления проектами газотранспортных систем (с ОАО «Газпром»);
Оптимизация системы управления в ЗАО «Лукойл-Нефтегазстрой» при проектировании и строительстве объектов транспорта нефти и газа;
3. Построение информационной системы управления (ИСУ) нефтегазодобы
вающих предприятий ОАО «Сахалинморнефтегаз».
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованных источников из 125 наименований. Содержание работы изложено на 131 странице машинописного текста, содержит 29 рисунков и 3 таблицы.
Информационные технологии САПР систем магистрального газопроводного транспорта
Рассматривая структуру информационного обеспечения САПР объектов магистрального газопроводного транспорта, необходимо разделять понятия жизненного цикла (ЖЦ) информационных технологий и объекта проектирования [14,30,102,123].
Для первых рассмотрим процессы управления, основанные на информационных технологиях.
Вместе с замыслом создания объекта должна строиться концепция информационной системы, сопровождающей не только проектирование объекта, но и поддержку этапов строительства и эксплуатации [21,26,30,46,119].
Под поддержкой процессов строительства и эксплуатации понимается консультативная помощь, уточнение технических решений, принятие решений по отступлению от проектных значений, согласование отступлений в надзорных органах, подготовка документации по оформлению принятых решений, участие в испытательных мероприятиях, авторский надзор и т.д. [74,87,88,97].
Далее представим процесс проектирования с точки зрения структуры информационной системы.
Для инициирования проектного процесса должна возникнуть потребность в новом объекте, которая выражается определенными целями сформулиро ванными в техническом задании на проектирование (ТЗ). В структуру ЖЦ «проек тирование - строительство - эксплуатация» поступает дискретный поток информа ции . Сопоставление этих потоков порождает совокупность сочетаний: {Gs}a {J,},s = \,2,..;S,l = \,2,...,L (i.i) Из (1.1) возникает концепция объекта, предназначенного для достижения выделенных целей Gs є G. в общем случае баланс информационного потока i\ ) i\ / и потока целей Gs\T),Gs\T + \) является первым шагом в проектировании объектов по этапам их жизненного цикла [2,4,27,30,31,33,76].
Следовательно, в такой постановке информационные потоки проектного процесса можно рассматривать как объекты управления. R і Rdi \
Эффективность проектных и управленческих решений ( / после формирования сочетаний \GS\ и {./, j определяется полнотой и качеством поступающей информации на всех этапах ЖЦ проектируемого объекта. Причем информация должна быть сконцентрирована и упорядочена с конкретной целевой ориентацией 7 \ s ) , тогда процесс проектирования представляется последовательностью решений - v на всех уровнях " =1,2,...,73 и этапах і = 1,2,...,/ жизненного цикла объекта [30,73].
Далее рассмотрим информационные технологии, определяющие развитие объектно-ориентированных САПР.
Задачей CALS-технологии в проектном процессе является повышение эффективности процессов проектирования, строительства и эксплуатации за счет управления информацией о проектируемом объекте. CALS (Continuous Acquisition and Life Cycle Support) переводится как «непрерывное развитие и поддержка жизненного цикла» и символизирует две основные идеи [44,55,123,124].
Первая означает постоянное повышение эффективности функционирования как САПР, так и процессов взаимодействия между проектировщиками, поставщиками, строителями и эксплуатационными службами в течение ЖЦ объекта. Вторая идея определяет направление такого развития, состоящее во внедрении новых методик управления проектированием, например, организации параллельного проектирования или междисциплинарных проектных рабочих групп на основе применения методов управления проектами [3,6,11,57,95,122,125].
Основное содержание информационной концепции CALS условно можно разделить на три группы: базовые принципы CALS-технологии; технологии управления процессами и данными проекта (рис. 1.2).
К числу базовых принципов CALS-технологии относятся [44,68]: системная информационная поддержка ЖЦ объекта на основе использования интегрированной информационной среды (ИИС), обеспечивающей минимизацию ресурсов и затрат; информационная интеграция за счет стандартизации процедур и методов проектирования; технология параллельного проектирования (Concurrent Engineering). К числу базовых управленческих технологий относятся: управление проектами (Project Management); управление ресурсами (Resource Management); управление качеством (Quality Management); управление поставками (Supply Management).
Разработка структурной единицы проектирования трубопроводных объектов транспорта нефти и газа
Предложенная модифицированная структура методического обеспечения САПР МГ обусловливает необходимость детального исследования уровня процессов системного проектирования газонефтепроводов и разработку структурной единицы проектного процесса.
Рассмотрим в качестве предмета анализа данного параграфа процессы системного проектирования объектов трубопроводного транспорта.
Представление многообразия форм и видов описания объектов нефтегазового комплекса требует их классификации и типизации (рис. 2.3). Уровень обобщения предметной области и структуры объектов нефтегазовой отрасли влияет на эффективность реализации и использования информационной модели объекта проектирования при построении концептуальной архитектуры САПР.
По функционально-конструктивным признакам объекты трубопроводного транспорта являются масштабными и капиталоемкими, поэтому этот признак декомпозиции является одним из доминирующих при формировании алгоритма и методов решения задач автоматизированного проектирования и управления проектным процессом.
По типу технических процессов рассматриваемые системы относятся к классу объектов, преобразующих энергию (гидравлика) в форме компримирования.
Необходимо отметить, что при проектировании объектов, способных обеспечить транспорт добываемой нефтегазовой продукции, наблюдается две тенденции: дальнейшая дифференциация новых объектов и сооружений и системная интеграция различных видов оборудования в макросистемы, имеющие четкую целевую направленность (транспорт, эксплуатация), что в конечном счете определяет организацию процессов проектирования таких объектов [30,73].
Процессы «внешнего» и «внутреннего» проектирования объектов трубопроводного транспорта нефти и газа представляют собой макропроцессы и характеризуются системными моделями с незначительным числом параметров, которые носят вероятностный характер с максимальной степенью неопределенности [73]. На этом уровне газонефтетранспортная система проектируется как совокупность взаимодействующих различных технических комплексов и подсистем. Следовательно, задачи данного уровня характеризуются проектными решениями, осуществимостью макропроцесса, оптимальностью свойств макромоделей газонефтепроводов.
Макроуровень проектирования газонефтепроводов опирается на отраслевые задачи, проектные работы носят комбинаторный характер. Содержательно, например, - это задачи проектирования геометрических параметров газонефтепровода, гидравлические расчеты, задачи выбора основных технических решений по линейным сооружениям газонефтепровода, технологических и энергетических подсистем компрессорных и насосных станций, задачи синтеза оптимального режима транспорта углеводородной продукции, задачи жизнеобеспечения персонала.
Аппарат исследования на этом уровне составляют математические модели объекта, динамические операции функционирования газонефтепроводов в различных режимах, статистический анализ системных свойств (достижимость целей, надежность, долговечность, ремонтопригодность) [73,103].
Разработка теоретических основ проектирования газонефтетранспортных объектов требует постановки исследований в области структуры обеспечения систем автоматизированного проектирования и управления процессом.
Одной из основных проблем в задачах автоматизированного проектирования объектов трубопроводного транспорта нефти и газа является недостаточное системное представление процесса решения взаимосвязанных проектных задач [33,73]. Для решения данной проблемы разработана структурная единица процесса системного проектирования.
Структурную единицу проектирования газонефтепроводов, как элементарную модель процесса, рассмотрим в терминах и обозначениях, принятых в литературных источниках по САПР [73,91,92].
Процессы системного проектирования САПР МГ можно формализовать на основе следующих элементов: выше представленных м - информационной модели газонефтепровода, А - конечного множества, элементы которого называются исходными (прогнозируемыми) данными, С - конечного множества, элементы которого являются ограничениями, и І? - конечного множества, элементы которого именуются проектными решениями, К - оценки проектного решения, Т - ото в со и бражения, сопоставляющего каждой паре вида y s, Csi ), aSj є , Cst є ответствие некоторое непустое подмножество R, обозначаемое ast S, J имеющее смысл решающих процедур и методов.
Структура системы управления проектированием объектов трубопроводного транспорта нефти и газа
Система управления автоматизированным проектированием должна предусматривать реализацию функций организации, планирования и контроля проектных процессов на основе интеграции подсистем САПР и методов управления проектами.
Структура системы управления автоматизированным проектированием определяется условиями внешней среды, свойствами системы (внутренними условиями) и целью управления. Целью управления в нашем случае будет являться обеспечение такого руководства проектным процессом, при котором достигается оптимальное выполнение задач проектирования с точки зрения удовлетворения потребностей Заказчика. Достижение поставленных целей - основная задача разработки системы управления проектированием.
Необходимо отметить, что сами процессы проектирования отличаются друг от друга и зависят от объекта, структуры проектной организации, вида проекта (проектирование на базе типовых решений или полностью оригинальный проект нового газонефтепровода). Соответственно, структура системы управления, с одной стороны, должна «адаптироваться» к проблемно - ориентированным процессам автоматизированного проектирования, с другой - в системе предусматривается декомпозиция процесса, что обеспечивает повышение эффективности его функционирования и уровня организованности и управляемости.
Предлагаемая структура системы управления проектированием объектов трубопроводного транспорта нефти и газа представляет взаимосвязь двух подходов: функционально - ориентированного и проектного (рис. 3.2).
Под функционально - ориентированным подходом понимается методическое обеспечение САПР МГ, т.е. разработанные ранее структурные единицы WBS проектного процесса. Проектный подход позволяет представить задачи управления проектированием в едином управленческом комплексе.
Система функционирует во взаимосвязи технической, информационной, экономической, социальной и управленческой подсистем, формирующих множество связей между элементами, и представляет собой организационное обеспечение САПР МГ.
Применение проектного подхода позволяет представить процесс управления автоматизированным проектированием в виде совокупности процедур, осуществляемых в рамках бюджета и временных ограничений на протяжении жизненного цикла газонефтепроводов. Использование методов управления проектами создает предпосылки для формирования системного подхода при управлении задачами проектирования (в нашем случае проектами), цели которых будут выражаться в терминах времени, затрат, ресурсов, производительности и качества.
Управление процессом автоматизированного проектирования основывается на моделях, включающих три понятия: субъекты, объекты и процессы управления [116,118,122]. Под понятием субъекта применительно к данной системе подразумеваются проектные организации и их структурные подразделения.
Под структурой субъекта управления OBS понимается административное устройство проектной организации, т.е. иерархически упорядоченная совокупность её подразделений и их взаимосвязей подчинения и субординации, обеспечивающих целостность организации как социально - экономической единицы и адаптированной под определенный тип проекта [89,90].
В предлагаемой структуре организационного обеспечения САПР МГ в качестве объекта управленческой деятельности и результата работы принята выходная проектно - техническая и сметная документация. Декомпозиция выполняется по временным фазам, наиболее крупным делением при этом являются стадии проектирования.
Функционирование предлагаемой структуры системы управления невозможно без системного построения процесса - в данном случае непосредственно самой проектной деятельности.
При анализе процессов системного проектирования объектов трубопроводного транспорта нефти и газа применим функционально-ориентированный и проектный подходы, т.е. рассмотрим методы управления проектами и процедуры проектирования (синтез, анализ, оценка, представление) применительно к процессам «внешнего» и «внутреннего» проектирования. Согласование методов управления проектами и классических проектных процедур проводится на основе интегрированного подхода к рассмотрению основных этапов проектных работ (рис. 3.3).
Процессы проектирования 1-го уровня формируются на основе проектного подхода и являются управляющим процессом, поскольку определяются методами управления проектами и структурируются по следующим основаниям: стадии процесса управления (инициация, планирование, организация и контроль, анализ и регулирование, завершение процесса управления), функциям управления (таким как сроки, стоимость, качество, риски, трудовые ресурсы, поставки и контракты, изменения) и уровням управления (стратегический, годовой, квартальный и оперативный и т.д.).
Маршрут проектирования линейной части магистрального газопровода
Процесс проектирования и элементы проектно-инжиниринговой деятельности по стадиям жизненного цикла объектов трубопроводного транспорта нефти и газа (проектирование - строительство - эксплуатация) может быть рассмотрен в различных аспектах: с точки зрения содержания и структуры процессов, функционального назначения, качественных и технических параметров, технологии, методов их использования, взаимодействия субъектов проектирования и т.п. Кроме того, проектная деятельность реализуется в сложной организационно-функциональной системе, состоящей из субъектов в виде проектных отделов, групп и других подразделений, взаимодействующих на основании управленческой информации о проектном процессе.
В контексте настоящего исследования под управленческой информацией будем понимать взаимосвязанную системную совокупность данных, характеризующих состояние, поведение, динамику проектного процесса (объекта управления) и окружающей среды автоматизированной проектной деятельности [3,11,21,57,95].
Результат управленческой деятельности представляется в виде управленческих решений. Так как управленческая информация - это результат такой деятельности, то, соответственно, ее содержание можно рассматривать как совокупность процессов динамики и преобразования информации с целью разработки, принятия, утверждения и реализации управленческих решений [72,90,121,122].
В качестве объекта управления при разработке методики управления проектированием рассмотрим проект магистрального газопровода.
Практика проектирования систем магистрального газопроводного транспорта показывает, что большинство проектов не выполняются в директивные сроки, несмотря на применение информационных систем календарно-сетевого планирования и пакетов программ управления проектами. Применение современных информаци онных средств управления проектами не оказывает должного эффекта по причине отсутствия методики их использования на различных организационных уровнях проектно-ориентированного предприятия.
В процессе планирования и контроля проектных работ разрабатываются укрупненные графики (на уровне ГИПа) без дальнейшей их детализации по функционально-ориентированному признаку (OBS), что не обеспечивает достаточного уровня обоснованности при принятии управленческих решений.
Также в практике проектирования магистральных газопроводов не разрабатываются и не применяются компоненты управленческой деятельности, такие как PBS, RBS и RAM в их системном единстве, что существенно снижает эффективность принимаемых управленческих решений и, как следствие, приводит к ухудшению потребительских свойств проекта. Следует отметить существующие до настоящего времени структурную неоднородность и слабую системную проработку проектного процесса.
Вышеперечисленные негативные факторы не позволяют сократить цикл проектирования за счет обоснованного планирования проекта по срокам и ресурсам, провести анализ работ на разных уровнях управления с целью накопления статистических и нормативных данных по проекту.
В настоящей главе выполнен ряд системных и методических исследований, позволивших сформировать методику управления проектированием магистрального газопровода. Данная методика позволяет обоснованно выставить приоритеты управления по уровням «субъект проектирования - процесс - объект проектирования».
Внедрение разработанной методики управления проектным процессом позволит структурировать последовательностью операций в процессе проектирования магистральных газопроводов, обеспечить управленческое взаимодействия подразделений и непосредственных исполнителей в рамках проекта, повысить эффективность планирования, учёта, контроля и анализа проектных работ и рационально использовать имеющиеся ресурсы с учётом всех работ проекта.
Первым шагом построения методики управления является разработка на основе элементарной модели проектного процесса маршрута проектирования магист рального газопровода, элементы которого можно рассматривать в качестве компонент управленческой деятельности (WBS, PBS, RBS).
Как показано выше, основой интеграции методического и организационного обеспечений САПР МГ, проектирующих подсистем и методов УП является элементарная модель проектного процесса. Далее на основе разработанной структурной единицы проектного процесса (WBS методического обеспечения САПР МГ) получим маршрут проектирования линейной части магистрального газопровода (ЛЧ МГ).
